照明系统、感光板以及显示器设备的制作方法

专利名称：照明系统、感光板以及显示器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括至少一个光源、感光板以及至少一个光传感器 的照明系统。本发明还涉及用于这种照明系统中的感光板。本发明进一 步涉及包括这种照明系统的显示器设备。
背景技术：
这种照明系统本身是已知的。它们尤其用于一般的照明目的， 例如聚光灯、泛光灯以及用于应用在例如标志牌、轮廓照明和广告牌中的大面积直接观看发光面板。该照明系统还用作任务灯(task light )。这种照明系统还尤其用作(图像)显示器设备的背光照明，所 述(图像)显示器设备例如用于电视接收器和监视器。这些系统可 以特别合适地用作非发射显示器的背光源，所述非发射显示器例如 液晶显示器设备，也称作LCD面板，其用在(便携式)计算机、(无 线)电话或遥控单元中。根据本发明的照明系统的另一个应用领域 是它作为照明源在数字投影仪或巻轴机中的使用，所述数字投影仪 或巻轴机用于投影图像或显示电视节目、电影、视频节目或DVD等等。一般地，这种照明系统包括多个光源，例如发光二极管(LED)。 LED可以是不同基色的光源，例如众所周知的红色(R)、绿色(G) 或蓝色(B)发光体。另外，发光体可以具有例如作为基色的琥珀色 (A)、品红色或青色。这些基色可以或者由发光二极管芯片直接产 生，或者在来自发光二极管芯片的较短波长的光(例如，绿色、蓝 色或紫外光)的辐照下由磷光体产生。在后一种情况中，把混合颜 色或白色光作为基色之一来使用也是可能的。 一般地，混合由单个 光源发出的光以获得光的均勻分布，同时消除由具有特定光源的照明系统发出的光的相关性。美国专利申请出版物US-A 2004/0123044公开了一种光源单元， 它包括具有用于发出不同颜色的光的LED芯片的光源，以及用于检 测来自光混合器的光的光学光传感器。光源控制部件根据由光学光 传感器检测的值通过反馈控制来控制每个LED芯片的亮度。光源单 元还包括用于控制光源温度的温度控制部件。温度控制部件是反馈 控制系统。保持光源处于不变的温度能抑制LED芯片的光谱随温度 的变化，由此抑制光源单元的亮度和色度中的变化。该已知的照明系统具有的缺陷在于该照明系统光源的控制效率 相对低下。发明内容本发明为了其目的必须完全地或部分地消除上述缺陷。根据本 发明，通过一种照明系统来实现这个目的，该照明系统包括 至少一个光源，透光的感光板，由所述至少一个光源发出的光穿过该感光板，提供于感光板表面上至少一个预定位置的表面改性结构，该表 面改性结构使一部分穿过感光板的光转向，该被转向的光被导向感 光板的边缘表面，至少一个耦合至感光板的边缘表面的光传感器，其用于检测在 表面改性结构处被转向的光，将所述至少一个光传感器耦合至用于 控制所述至少一个光源的光通量的控制装置。根据本发明的透光的感光板具有的优点在于只在预定位置处聚 集(只)位于透光的感光板上预定位置的光，而不明显打乱穿过感 光板的光的分布。在已知的照明系统中，将光传感器附在出光窗口 的边缘，该光传感器接收穿过出光窗口的光，不能够确定或影响哪 部分穿过出光窗口的光对被光传感器接收的光产生影响。在已知的 照明系统中，为了能够探测在出光窗口上某一个位置的穿过出光窗 口的光，必须在该位置处安装光传感器。然而，光传感器的这种布 置会阻碍光在该位置处穿过出光窗口的透射，这是不希望的。根据本发明的照明系统的感光板只检测或探测在某些预定位置穿过感光 板的光。在感光板上所有其它位置，由所述至少一个光源发出的光 不受干扰地穿过感光板。当然，穿过透光的感光板的光在感光板的 光入口表面和光出口窗口经历光的折射，空气以及透光的感光板材 料之间的折射率的变化导致该折射，但是横穿感光板的光线一般不 改变其方向。在出光窗口的边缘测量光强度具有的缺点在于，由于 "边缘"效应，该值并不必然代表出光窗口中心部分的光强度以及 分布，出光窗口中心部分的光强度以及分布是与应用相关的量。在表面改性结构处通过折射、衍射和/或散射使光转向。通过表 面改性结构改变穿过感光板的光的方向。如果改变光与垂直于感光板的方向的角度，使该角度大于临界角(对于玻璃或P應A，临界角 大约为42 ° ),则光不能从感光板射出并通常会被反射，直到它 到达感光板的边缘表面。借助于这种多次反射的光的传播通常被称 为全内反射(TIR)。根据本发明的照明系统简单，相对容易制造，相对容易使用并 且也相对便宜。而且，根据本发明的照明系统允许对由所述至少一 个光源发出的光进行相对有效率的控制。表面改性结构的例子是点，例如锥体形状的凹进或凸出的部分， 或者狭长切口 (slits),全息的、衍射的或任何其它合适的结构。为了与感光板余下的部分相比最小化在表面改性结构位置的光 的分布，在表面改性结构处被转向的光应该优选地相对较小。为了 这个目的，根据本发明的照明系统的一个优选实施例的特征在于， 在表面改性结构处折射的光的部分小于穿过感光板的光总量的5°/ 。 在表面改性结构处被转向的穿过感光板的光的部分应该足以产生足 够的输入至光学传感器的光。可以通过转向元件的性质和空间大小 控制被转向至感光板中的光量。实际上， 一小部分照射感光板的光 足够用于这个目的。根据本发明的照明系统的 一个优选实施例的特征在于第 一和第 二光传感器分别耦合至第 一和第二感光板的边缘表面，其中第 一和 第二表面改性结构被布置在感光板表面上的预定位置处，第一光传感器接收基本上全部来自第一表面改性结构的被转向的光，第二光 传感器接收基本上全部来自第二表面改性结构的被转向的光。这是 根据本发明的照明系统的有利的实施例。以这种方式，第一光传感 器探测第 一预定位置处的光分布，而第二光传感器探测第二预定位 置处的光分布，所述预定位置分别由第一和第二表面改性结构的布 置来定义。根据本发明的这个优选实施例的照明系统允许对穿过感光板的 光的光分布进行局部化检测。可以以这种方式有效地控制由所述至 少一个光源发出的光。根据本发明的照明系统的另 一个优选实施例的特征在于，所述 至少一个光传感器具有用于接收落在所述至少一个光传感器的视场 以内的被转向的光的视场。在这个实施例中，光传感器接收基本上 只来自在光传感器视线上的表面改性结构的光。所述至少一个光源优选地包括多个不同基色或单一基色的发光 二极管。通常，为了控制装置的最佳输入，每个发光二极管需要进 行调整，表面改性结构需要收集预定位置处的光分布信息，所述控 制装置控制所述多个光源的光通量。如果多个具有不同基色的光源 必须进行微调以实现由照明系统发出的光的合适的混合，则该照明 系统是特别有效的。根据本发明的照明系统的 一 个有利实施例的特征在于，照明系 统进一步包括具有光发射窗口的光混合腔，感光板布置在光混合腔 中，在所述至少一个光源和光发射窗口之间。在这个实施例中，限 制由所述至少 一个光源发出的光，将其在光混合腔中混合并由照明 系统经过光发射窗口发射之。可以在光混合腔中这样来构建和设置 感光板，即由所述至少一个光源发出的所有光穿过感光板。感光4反优选地形成光发射窗口的组成部分(integral part)。 这筒化了照明系统的设计。在这个实施例中，照明系统的光发射窗 口优选地在多个预定位置处提供有表面改性结构。这些表面改性结 构使一部分穿过光混合腔的光发射窗口的光转向，并且^:转向的光 被导向光混合腔的边缘表面。感光板可以布置成例如正好在出光窗口 (在许多情况中，它是半透明散射板)的前方，由小气隙将其与 后者隔开。本发明还涉及用在这种照明系统中的感光板。本发明还涉及包括这种照明系统的显示器设备。该显示器设备 优选地为液晶显示器设备。


参照下面描迷的实施例，本发明的这些和其它方面都将变得显 而易见并得到阐述。在图中图1是根据本发明的照明系统的一个实施例的感光板的侧详见图；图2是包括根据本发明的照明系统的一个实施例的照明设备的 側视图；图3是根据本发明的照明系统的另一个实施例的横截面； 图4A是具有根据本发明的一种照明系统的显示器设备的側视 图，以及图4B是如图4A所示的感光板的横截面顶^L图。这些图仅仅是示意性的并且不是依照比例绘制的。应当注意的是，为了清楚起见，以很夸张的形式表示了一些尺寸。图中相似的元件尽可能地由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1是根据本发明的照明系统的一个实施例的感光板的示意性 侧枧图。照明系统包括至少一个光源(在图1中未示出)。垂直箭 头表示由所述至少一个光源发出的穿过透光的感光板5的光线。感 光板5由例如玻璃或塑料(例如PMMA)的透光材料制造。在图1的 例子中，第一光传感器11耦合至感光板5的第一边缘表面I5;另 外，第二光传感器12耦合至感光板5的第二边缘表面I"可以直 接地或间接地获得光传感器11至感光板5的耦合。后一种情况的例子是耦合至边缘表面的光纤，它将在光表面处发出的光引导至光学传感器。把第一和第二光传感器11， 12耦合至(电子)控制装置(在 图1中未示出)，该控制装置用于适宜地使光源的光通量适合期望 的亮度和/或色点。光传感器和控制装置提供用于影响由照明系统发 出的光的质量和数量这两者的反馈布置。可以以多种方式执行检测。 可以通过适当地脉冲激励(pulsing)光源和/或通过Y吏用适当的颜 色滤波器来顺序地测量各个颜色。感光板5提供有表面改性结构21, 22。根据本发明，在感光板 5的表面上至少一个预定位置处提供这些表面改性结构。在图1的 例子中，第一和第二表面改性结构21, 22分别布置在感光板5的表 面上的预定位置处。在图1的例子中，在感光板5面对光源的一側 提供这些表面改性结构21， 22。在一个替换的实施例中，在感光板 背对光源的一侧提供表面改性结构。在另一个替换实施例中，在感 光板内部提供表面改性结构。表面改性结构在本领域中是众所周知 的。表面改性结构的例子是点，例如锥体形状的凹进或凸出的部分， 或者狭长切口，全息的、衍射的或任何其它合适的结构。表面改性 结构优选地为有图案的，不散射的和/或主要以镜面形式进行反射或 展现非朗伯特(Lambertian)反射。一部分穿过感光板5的光在提供于感光板5之上或其中的表面 改性结构21, 22处;f皮转向。在表面改性结构21,"处通过折射、衍射和/或散射使光转向。例如借助于全内反射，引导被转向的光朝 向感光板5的第一或第二边缘表面15, 16。在图l的例子中，优先 引导在第一表面改性结构21处被转向的光朝向第一边缘表面l5， 而优先引导在第二表面改性结构22处被转向的光朝向第二边缘表 面16。因为第一光传感器11耦合至感光板5的第一边缘表面l5, 所以第一光传感器11接收基本上全部来自第一表面改性结构"的 被转向的光。因为第二光传感器12耦合至感光板5的第二边缘表面 16,所以第二光传感器12接收基本上全部来自第二表面改性结构 22的^C转向的光。优选地，在表面改性结构21， 22处仅仅使微量的穿过感光板5的光转向。在表面改性结构21, 22处被转向的光优选地小于穿过感 光板5的光总量的5 / 。被转向的光的量正好足以向光引导板轮缘 (rim)处的光学传感器提供足够的光学输入，并且大约是穿过光引 导板的光的总量的几个百分比。特别是对于具有相对较高的光输出 的照明系统，可以(完全)忽略被转向的光的量。图2是包括根据本发明的照明系统的一个实施例的照明设备的 示意性側视图。在图2的例子中，所述至少一个光源包括多个不同 基色的发光二极管(LED)R, G, B。可替换地，所述多个LED也可 以是多个白色LED。借助于反射器28引导由所述多个LED发射的光 朝向感光板5。在图2所示的实施例中，所有由LED R， G, B发出 的光穿过感光板5,而仅仅一小部分穿过感光板5的光在表面改性 结构21， 22处被转向。在图2的例子中，优先引导在第一表面改性 结构21处被转向的光朝向耦合至第一光传感器11的第一边缘表面 15,同时优先引导在第二表面改性结构22处被转向的光朝向耦合至 第二光传感器12的第二边缘表面l6。图3是根据本发明的照明系统的另一个实施例的示意性横截 面。在图3的例子中，从上面观看感光板5。每个光传感器ll, 12 具有用于接收落在所述至少一个光传感器11, 12的视场以内的被转 向的光的视场。原则上，表面改性结构21， 22在所有方向上(即图 3的图的平面中)使穿过感光板5的光转向。光传感器只捕捉到该 被转向的光的一部分。第一和第二光传感器ll, 12分别接收基本上 只来自在第一或第二光传感器11, 12视线上的第一和第二表面改性 结构21， 22的光。图4A是具有根据本发明的照明系统的显示器设备的示意性侧 视图。在图4A的例子中，显示器设备是液晶显示器设备35。另夕卜， 图4A中的所述至少一个光源包括多个不同基色的发光二极管UED) R, G， B。照明系统的这个实施例进一步包括包含光发射窗口 32的 光混合腔31。感光板5布置在光混合腔31中，在所述至少一个光 源1, 2和光发射窗口 2之间。在一个替换实施例中，感光板形成光 发射窗口的组成部分并正好放置在出光窗口(在许多情况中，它是漫射板)的前方，由小气隙将其与出光窗口隔开。在图4A中所示实 施例中，由LED R， G， B发出的所有光穿过感光板5，而仅仅一小 部分穿过感光板5的光在表面改性结构21， 22处^f皮转向。图4B是如图4A所示的感光板5的横截面顶视图。这里，为感 光板5的两个边缘表面15, 16提供光传感器11， 12。在图4B的例 子中，具有光传感器ll, 12的两个边缘表面15, 16设置成相互垂 直。这些光传感器11， 12接收来自布置在感光板上预定位置处的表 面改性结构21， 22的被转向的光。根据本发明的照明系统简单，相对容易制造，并相对便宜。而 且，根据本发明的照明系统允许通过只在某些预定位置探测穿过感 光板的光的"成分"来对由所述至少一个光源发出的光进行相对有 效率的控制。要注意的是，上述实施例说明了本发明而不是限制了本发明， 本领域的普通技术人员能够设计出许多可替换的实施例而不会偏离 所附的权利要求书的范围。在权利要求书中，在括号之间的任何附 图标记都不应当被认为是对这个权利要求的限制。使用动词"包括" 及其变化形式并不排除存在除权利要求中所述的那些元件和步骤以 外的元件和步骤。在元件前边的冠词"一个"或"一"并不排除存 在多个这样的元件。本发明的实施可借助包括几个不同元件的硬件， 并且可借助经过适当编程的计算机。在列举了几个装置的设备权利 要求中，这些装置中的几个可以由同一个石更件项实施。在相互不同 的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表明不可以有利地使用 这些措施的组合。
权利要求
1、一种照明系统，包括至少一个光源(1，2)，透光的感光板(5)，由所述至少一个光源(1，2)发出的光穿过该感光板(5)，提供于感光板(5)表面上至少一个预定位置的表面改性结构(21，22)，该表面改性结构(21，22)使一部分穿过感光板(5)的光转向，该被转向的光被导向感光板(5)的边缘表面(15，16)，至少一个耦合至感光板(5)的边缘表面(15，16)的光传感器(11，12)，其用于检测在表面改性结构(21，22)处被转向的光，将所述至少一个光传感器(11，12)耦合至用于控制所述至少一个光源(1，2)的光通量的控制装置。
2、 如权利要求1所述的照明系统，其中将第一(11 )和第二( 12) 光传感器分别耦合至感光板(5 )的第一 (l5 )和第二 ( 16 )边缘表 面，并且其中第一 (21)和第二 (22)表面改性结构被布置在感光 板(5 )表面上的预定位置处，第一光传感器(11 )接收基本上全部 来自第一表面改性结构(21)的被转向的光，第二光传感器(l2) 接收基本上全部来自第二表面改性结构(")的被转向的光。
3、 如权利要求1或2所述的照明系统，其中所述至少一个光传 感器(ll， 12)具有用于接收落在所述至少一个光传感器(11， l2) 的#见场以内的被转向的光的一见场。
4、 如权利要求1或2所述的照明系统，其中所述至少一个光源 (1, 2)包括多个不同基色或单一基色的发光二极管(R， G, B)。
5、 如权利要求1或2所述的照明系统，进一步包括具有光发射 窗口 ( 2 )的光混合腔(31 ),感光板(5 )布置在光混合腔(31 ) 中，在所述至少一个光源(l, 2)和光发射窗口 (2)之间。
6、 如权利要求5所述的照明系统，其中感光板(5)形成光发 射窗口 (2)的组成部分。
7 、如权利要求1或2所述的照明系统，其中在表面改性结构(21, 22)处被转向的光的部分小于穿过感光板(5)的光总量的5%。
8、 一种用于如权利要求1或2所述的照明系统中的感光板(5)。
9、 一种显示器设备，包括如权利要求5所述的照明系统。
10、 如权利要求9所述的显示器设备，其中该显示器设备是液 晶显示器设备(35)。
全文摘要
本照明系统具有多个光源(R，G，B)、透光的感光板(5)以及提供在感光板(5)表面上有限个预定位置处的表面改性结构(21，22)。表面改性结构使一部分穿过感光板的光转向。引导被转向的光朝向感光板的边缘表面(15，16)，所述至少一个光传感器(11，12)于此检测被转向的光。第一光传感器(11)优选地接收基本上全部来自第一表面改性结构(21)的被转向的光，同时第二光传感器(12)接收基本上全部来自第二表面改性结构(22)的被转向的光。可替换地，照明系统进一步包括具有用于照明显示器设备的光发射窗口的光混合腔，感光板布置在光混合腔中，在光源和光发射窗口之间。
文档编号G09G3/34GK101233445SQ200680028410
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年8月2日
发明者H·格雷纳 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司